CN218676577U - 一种三相同轴式高温超导限流电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三相同轴式高温超导限流电缆，包括杜瓦管低温容器，其由同轴套设的内筒和外筒构成；超导电缆三个单相电缆同轴绕制而成且设于内筒的内侧；冷却结构包括冷却管道及至少两个输送管；冷却管道设有至少两组喷淋件，任一组喷淋件包括有至少两个喷嘴；任一输送管通过连接管与对应的喷嘴连接且连接管上设有电磁阀；至少两组温控器，任一组温控器包括至少两个探头，任一探头与对应区域的喷嘴所对应的电磁阀电性连接。实现不同区域有区别的喷射冷却液冷却，提高冷却效率。

Description

一种三相同轴式高温超导限流电缆

技术领域

本实用新型属于超导电缆领域，具体涉及一种三相同轴式高温超导限流电缆。

背景技术

因传统电缆输电容量有限，对电力系统进行扩容需要占用更多的城市地下空间。而高温超导限流电缆利用了超导体独有的优良特性，与传统电缆相比，可以在较低电压等级下，拥有更大的传输容量、更小的线路损耗以及更少的安装空间。高温超导限流电缆输电，能够很好地解决输电阻塞问题。同时，电力系统中的故障会产生短路电流冲击，为了解决这个问题，可以增大断路器的开断容量，这对断路器的耐压和绝缘都是巨大的考验。限流器能够降低电力系统的短路电流，将限流功能集成到高温超导限流电缆中，采用本身就可以在故障时限制电流的高温超导限流电缆，可以实现在一种电力装备上实现大容量高效率的电力传输以及短路故障电流限制。高温超导限流电缆串接限流器的模式技术上相对成熟，但会增加线路装置成本和运行维护成本；而采用高温超导限流电缆的模式目前技术上不是很成熟，目前现有的高温超导限流电缆通常是在电缆结构层中设置一层或间隔多层超导带层，有的为了实现超导带层冷却会在电缆结构中间设置液氮冷却通道，利用液氮冷却通道提供液氮对超导带层进行冷却，以保证超导电缆正常运行时需要的温度环境。但这种结构方式的限流超导电缆，电缆的各处冷却量都一样，也即无法对超导电缆故障失超区域及超导区域进行有区别的冷却。

因此，有必要对外壳结构进行优化设计，以将定子绕组产生的热量溢散出去。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型目的是：提供一种三相同轴式高温超导限流电缆。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型的目的在于提供一种三相同轴式高温超导限流电缆，包括：

杜瓦管低温容器，其由同轴套设的内筒和外筒构成；

超导电缆，三个单相电缆同轴绕制而成且设于所述内筒的内壁内侧，所述超导电缆内中空；

冷却结构，其包括设于所述超导电缆的中空位置处且沿轴向延伸的一个冷却管道及绕所述冷却通道的外壁周向间隔设于所述超导电缆的中空位置中的至少两个输送管；

所述冷却管道内具通有冷却液的第一空腔且所述冷却管道上沿其轴向间隔设有至少两组与所述第一空腔连通的喷淋件，任一组喷淋件包括有至少两个沿冷却管道外壁周向间隔分布且可向电缆不同区域喷射雾化冷却液的喷嘴；

任一所述输送管内具通有冷却液的第二空腔且所述第二空腔的孔径小于所述第一空腔的孔径，任一所述输送管通过连接管与对应的喷嘴连接且所述连接管上设有通断输送管与对应的喷嘴的电磁阀；

至少两组温控器，沿轴向间隔设于所述冷却管道的外壁上且任一组温控器包括至少两个沿冷却管道的外壁周向设置的探头以分别检测不同区域的温度值，任一探头与对应区域的喷嘴所对应的电磁阀电性连接。

优选的，所述输送管的第二空腔包括多个冷却介质通孔和多个限流孔，任一所述限流孔的孔径小于所述冷却介质通孔的孔径；

多个限流孔与多个冷却介质通孔沿轴向交替设置且多个限流孔等间距分布在所述输送管的内部。

优选的，多个限流孔的孔径不同。

优选的，任一所述输送管对应所述限流孔的外壁上设有两个交叉对称分布的单向阀，所述单向阀的流向朝向所述限流孔；

两个单向阀分布在相邻的两组喷淋件之间。

优选的，任一组所述喷淋件包括至少两个且为偶数个数量的喷嘴，任一输送管通过三通管和两个连接管分别连接相邻的两个喷嘴。

优选的，所述电磁阀的输入端和对应的输送管的设有冷却介质通孔的部位相连接，所述电磁阀的输出端与三通管的输入端连接。

优选的，所述外筒与内筒间隔设置以使外筒的内壁与内筒的外壁之间形成有真空层。

优选的，所述外筒和内筒之间设有与所述探头数量对应的沿周向间隔分布的密封管，所述密封管内安装有所述探头及所述电磁阀与外接电源相通的线路。

优选的，所述冷却管道的外壁沿轴向间隔套设有若干固定环，任一所述固定环上沿周向间隔一体成型有若干支架且任一支架的另一端形成有与超导电缆的内壁相匹配的弧形部，任一支架通过其上的弧形部抵靠支撑在超导电缆的内壁上；

任一所述固定环的外壁上沿周向还设有若干卡接件，所述探头被一一对应卡固在卡接件内。

优选的，所述超导电缆由内向外依次设有骨架、超导带层、绝缘层和屏蔽层；

所述骨架的材质为不锈钢或锰铜材料，所述超导带层为第二代高温超导带材YBCO且超导带层螺旋绕制于骨架上，所述绝缘层为聚丙烯复合纤维纸，所述屏蔽层的材质为铜且其绕制在绝缘层上；

超导带层和绝缘层的数量分别为三层且同轴交替缠绕。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型的三相同轴式高温超导限流电缆，解决了现有技术中无法实现不同部位也即失超区域和超导区域有区别的提供不同冷却量制冷或者无法针对性的对局部温度过高也即失超区域提供更多制冷量的问题。实现不同区域有区别的喷射冷却液冷却，提高冷却效率。相比较传统的冷液氮流动冷却，更加节能，成本更加的低，而且采用间隔式冷却处理，相同超导电缆的整体重量，可以增加更多的喷淋冷却机构，无需设置中间冷却站且在没有中间冷却站的条件下，大大增加电缆的有效冷却长度。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本发明实施例的三相同轴式高温超导限流电缆的立体结构示意图；

图2为图1的三相同轴式高温超导限流电缆轴向局部剖切结构示意图；

图3为本发明实施例的三相同轴式高温超导限流电缆的剖切结构示意图；

图4为本发明实施例的三相同轴式高温超导限流电缆的输送管的冷却结构的结构示意图；

图5为本发明实施例的三相同轴式高温超导限流电缆的限流孔部分的结构示意图；

图6为本发明实施例的三相同轴式高温超导限流电缆的固定环、卡扣件和支架的结构示意图。

其中：1、超导电缆；1A、骨架；1B、超导带层；1C、绝缘层；1D、屏蔽层；2、外筒；3、内筒；4、真空层；5、密封管；6、冷却管道；7、喷嘴；8、固定环；9、支架；10、卡接件；11、探头；12、输送管；13、限流孔；14、冷却介质通孔；15、单向阀；16、电磁阀；17、三通管；18、连接管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例

参见图1至图6，本实用新型实施例的一种三相同轴式高温超导限流电缆，包括杜瓦管低温容器、超导电缆1、冷却结构和温控器。其中杜瓦管低温容器由同轴套设的内筒3和外筒2构成，内筒3内中空设置并装有冷却液（本实用新型实施例中优选为液氮），杜瓦管低温容器构成电缆壳体。超导电缆1由三个单相电缆同轴绕制而成设于内筒3中且中间中空以便于冷却结构的设置。冷却结构包括设于内筒3具体为超导电缆1的中空位置的中间位置且沿轴向延伸的一个冷却管道6及绕冷却通道的外壁周向间隔设于超导电缆1的中空位置中的至少两个输送管12，输送管12的延伸方向与冷却管道6的延伸方向一致。冷却管道6内具通有冷却液的第一空腔且冷却管道6上沿其轴向间隔设有至少两组与第一空腔连通的喷淋件，任一组喷淋件包括有至少两个沿冷却管道6外壁周向间隔分布且可向电缆不同区域喷射冷却液的喷嘴7，也就是说冷却管道6与内筒3中的冷却液相通，向冷却管道6内输送冷却液，冷却液可通过喷嘴7向高温处的电缆喷射。任一输送管12内具通有冷却液的第二空腔且第二空腔的孔径小于第一空腔的孔径，任一输送管12通过连接管18与对应的喷嘴7连接且连接管18上设有通断输送管12与对应的喷嘴7的电磁阀16，同理，输送管12也与内筒3内的冷却液相通，通过设置更小孔径的输送管12，在检测到电缆局部温度过高时，通过输送管12将喷嘴7打开，然后由冷却管道6向喷嘴7不断输送冷却液进行喷射降温冷却。至少两组探头11沿周向间隔设于冷却管道6的外壁上以分别检测超导电缆1内部不同区域的温度值，任一探头11与对应区域的喷嘴7所对应的电磁阀16电性连接，从而控制该区域的电磁阀16打开使得对应的喷嘴7被打开进行喷射冷却。本实用新型实施例的超导电缆1，通过设置由冷却管道6和多个绕冷却管道6外周间隔设置的输送管12及多组沿冷却管道6轴向设置的温控器，每组温控器又包括周向间隔的多个探头11，从而可以检测电缆不同区域的温度值，在检测到温度值过高时，打开对应区域的喷嘴7进行喷射冷却，输送管12管径较小，可以形成更大的压力使得对应区域的喷嘴7被打开，冷却管道6负责向喷嘴7不断提供冷却液以持续进行喷射冷却直至该区域温度值达到超导电缆1的正常工作温度值停止继续喷射，解决了现有技术中无法实现不同部位也即失超区域和超导区域有区别的提供不同冷却量制冷或者无法针对性的对局部温度过高也即失超区域提供更多制冷量的问题。温度较高区域可以多喷射冷却液进行冷却，温度较低区域可以少量喷射冷却液，正常区域少喷或不喷冷却液，实现不同区域有区别的喷射冷却液冷却，提高冷却效率。相比较传统的冷液氮流动冷却，更加节能，成本更加的低，而且采用间隔式冷却处理，相同超导电缆的整体重量，可以增加更多的喷淋冷却机构，在没有中间冷却站的条件下，大大增加电缆的有效冷却长度。

根据本实用新型的一些优选实施例，如图5所示，图5中仅仅示出的是限流孔13部分的输送管12。如图2所示，输送管12的第二空腔包括多个冷却介质通孔14和多个限流孔13，任一限流孔13的孔径小于冷却介质通孔14的孔径。具体的，多个限流孔13与多个冷却介质通孔14沿轴向交替设置且多个限流孔13等间距分布在输送管12的内部。也就是说输送管12道内部的第二空腔各处孔径并不是一致的，优选的，等距离间隔设有一个孔径更小的限流孔13，相邻限流孔13之间为孔径更大的冷却介质通孔14，需要说明的，输送管12的轴向两端的尤其是与内筒3中冷却液连通的一端的第二空腔均为孔径更大的冷却介质通孔14，便于冷却液的流入。一种优选的，同一输送管12内的多个限流孔13的孔径可以相同也可以不同。更优选的，任一输送管12对应限流孔13的外壁上设有两个交叉对称分布的单向阀15，实质上两个单向阀15处于一条斜线上，单向阀15的流向朝向限流孔13，具体的，对应限流孔13的外壁开有螺纹孔，单向阀15通过螺纹连接在螺纹孔内而固定在输送管12上，任一处限流孔13上的两个单向阀15如图2所示一个朝向冷却管道6的外壁，另一个朝向内筒3的内壁，且两个单向阀15不处于同一水平线而是上下错开也即成交叉对称设置。两个单向阀15分布在相邻的两组喷淋件之间，限流孔13的设置位置也是位于两组喷淋件之间。单向阀15的安装，可以确保单向阀15外侧的冷却介质可以进入输送管12内部，不会使输送管12内部的第二空腔内的冷却介质流出，通过在内部为限流孔13的输送管12的外侧安装单向阀15，有这样的作用，当输送管12内部的冷却介质经过孔径较大的冷却介质通孔14流向孔径较小的限流孔13时，经过限流孔13的冷却介质流速增加，进而使限流孔13侧面安装的单向阀15处产生负压，从而可以将外界冷却介质经过单向阀15吸引到冷却介质输送管12的内部，通过该方式，可以将内筒3内部喷射冷却过程中发生热交换后的冷却介质及时的吸收，可以直接处理掉，比如输送管12的出口端连接一个回收装置或者与外界相连，还可以作为后续用于打开对应喷嘴7的介质使用。

根据本实用新型的一些优选实施例，电磁阀16的输入端和对应的输送管12的设有冷却介质通孔14的部位相连接，电磁阀16的输出端与连接管18的输入端连接。以便于通过输送管12向与电磁阀16的输出端连接的喷嘴7输送冷却液以便打开喷嘴7。

根据本实用新型的一些优选实施例，如图4所示，任一组喷淋件包括至少两个且为偶数个数量的喷嘴7，任一输送管12通过三通管17和两个连接管18分别连接相邻的两个喷嘴7。如图1和图2所示，本实用新型实施例的任一组喷淋件包括有六个喷嘴7，六个喷嘴7均匀间隔分布在冷却管道6的外壁一周。其中每两个喷嘴7与一个输送管12通过两个连接管18及一个三通管17相连，也就是说一次性可以同时打开两个喷嘴7对该区域同时进行喷射冷却，相比一次一个喷嘴7工作的喷射冷却量更多，冷却效率更高，冷却效果更好。

根据本实用新型的一些优选实施例，如图1至图3所示，外筒2与内筒3间隔设置以使外筒2的内壁与内筒3的外壁之间形成有真空层4。真空层4具有优异的隔热效果，从而助于高温超导限流电缆1维持相对低温环境。优选的，如图所示，外筒2和内筒3之间设有与探头11数量对应的沿周向间隔分布的密封管5，密封管5内安装有探头11及电磁阀16与外接电源相通的线路。密封管5的设置，方便探头11和电磁阀16为外接电源连接的同时，不会造成液氮冷却液泄露。

根据本实用新型的一些优选实施例，任一固定环8的外壁上沿周向还设有若干卡接件10具体为如图6所示的外部开口的沿固定环8轴向延伸的U型卡扣，探头11被一一对应卡固在卡接件10内，也就是每个卡接件10内设有一个探头11。优选的，固定环8或冷却管道6采用隔热材料，避免冷却管道6内的冷却液对探头11的测温造成影响，固定环8作为探头11的固定支撑件，固定环8可以为与冷却管道6一体成型或者分体套设并过盈配合。固定环8的数量为多组，多组固定环8沿冷却管道6的外壁轴向间隔设置，每个固定环8外壁周向间隔设有多个探头11。为了保证超导电缆1和冷却管道6的相对位置的固定，如图2和图6所示，在冷却管道6的外壁还设有多组支架9。任一组固定环8对应设有一组支架9，一组支架9的数量包括多个支架9比如如图6所示的三个，也可以为其他比如四个、五个等数量的支架9，三个支架9的另一端与超导电缆1的内壁相贴固定。本实用新型实施例中三个支架9沿周向均匀间隔一体成型在对应的一个固定环8的外壁上。任一支架9的另一端形成有与超导电缆1内壁相匹配的弧形部（背向固定环8方向凹陷弯曲），任一支架9通过其上的弧形部抵靠支撑在超导电缆1的内壁上，弧形部可以采用具有弹性形变的材质，以便能较好的固定支撑在电缆的外壁上。需要说明的是，固定环8和支架9均为非必须结构，可以设置成喷嘴7直接抵接在超导电缆1的内壁上，喷嘴7上的喷口开设在喷嘴7的前端锥面上或者固定环8的外壁直接抵靠在超导电缆1的内壁上形成支撑。

对于温控器而言，为现有常规的温度检测的温度控制器，探头11为测温探头11比如测温传感器，具体结构和工作原理不做描述和限定，本领域技术人员容易知晓。通过多组温控器及多个探头11检测内筒3内部不同位置的温度，当内筒3内局部温度升高后，温控器及探头11连接的温控器接通电源，控制相对应的电磁阀16打开，进而使电磁阀16内部处于贯通状态，电磁阀16的输入端和输送管12相连接，电磁阀16位于内部设置有冷却介质通孔14的输送管12外侧，使输送管12内部的冷却介质可以通过电磁阀16排出。通过内部处于贯通状态的电磁阀16，可以使输送管12内部流动的冷却介质流向喷嘴7，进而使喷嘴7打开，从而使冷却管道6内部储存的冷却介质通过喷嘴7喷出，对该温度较高的区域进行降温处理，使喷出的冷却介质吸收腔体内的热量，达到冷却的目的，使得超导电缆1能够保持在正常工作时的温度，保证电缆的电气性能。

对于冷却通道而言，可采用真空绝热的双不锈钢结构或双不锈钢波纹管结构。这种结构保证了高温超导限流电缆1的柔性，同时也保持了夹层的高真空度，使得冷却通道也具有优异的隔热效果。

本实用新型实施例的超导电缆1、冷却管道6、以及输送管12为互相独立的结构，可减少远端超导体故障对冷却管道6制冷效果的影响。

根据本实用新型的一些优选实施例，如图2所示，超导电缆1由内向外依次设有骨架1A、超导带层1B、绝缘层1C和屏蔽层1D。骨架1A的材质为不锈钢或锰铜材料，不锈钢或锰铜材料的电缆骨架1A具有一定的机械强度与高电阻率，可以抑制失超产生的大电流，起到限流作用。超导带层1B为第二代高温超导带材YBCO且超导带层1B螺旋绕制于骨架1A上，超导带层1B间缠绕电绝缘带，从而降低限流电缆因电磁耦合而引起的能量损耗。绝缘层1C为聚丙烯复合纤维纸且缠绕在超导带层1B外，具有很好的绝缘效果。一层超导带层1B外周缠绕有一层绝缘层1C，三层超导带层1B和三层绝缘层1C依次交替同轴缠绕，三层超导带层1B形成三相。屏蔽层1D的材质为铜且其绕制在绝缘层1C上。在屏蔽层1D的外侧设有一层保护层，保护层的材质为聚氯乙烯。

本实用新型的超导限流电缆的工作原理：工作原理：当某个温控器的探头11检测到内筒3内部的对应区域内的温度过高时，温控器接通电源控制该区域的电磁阀16内部贯通，进而将输送管12内部的冷却液通过三通管17经过连接管18输送对应位置的喷嘴7内部，使喷嘴7打开，进而使冷却管道6内部的冷却液喷出，对该区域进行降温处理，当温度降低后，温控器断电，此时电磁阀16内部闭合，喷嘴7停止喷出冷却介质，进而降温过程中喷射的冷却液会经过单向阀15吸到输送管12的内部，被输送管12内部流动的冷却液带走排出。

本具体实施例中的指定方向仅仅是为了便于表述各部件之间位置关系以及相互配合的关系。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，包括：

杜瓦管低温容器，其由同轴套设的内筒和外筒构成；

超导电缆，三个单相电缆同轴绕制而成且设于所述内筒的内壁内侧，所述超导电缆内中空；

冷却结构，其包括设于所述超导电缆的中空位置处且沿轴向延伸的一个冷却管道及绕所述冷却管道的外壁周向间隔设于所述超导电缆的中空位置中的至少两个输送管；

所述冷却管道内具通有冷却液的第一空腔且所述冷却管道上沿其轴向间隔设有至少两组与所述第一空腔连通的喷淋件，任一组喷淋件包括有至少两个沿冷却管道外壁周向间隔分布且可向电缆不同区域喷射雾化冷却液的喷嘴；

任一所述输送管内具通有冷却液的第二空腔且所述第二空腔的孔径小于所述第一空腔的孔径，任一所述输送管通过连接管与对应的喷嘴连接且所述连接管上设有通断输送管与对应的喷嘴的电磁阀；

至少两组温控器，沿轴向间隔设于所述冷却管道的外壁上且任一组温控器包括至少两个沿冷却管道的外壁周向设置的探头以分别检测不同区域的温度值，任一探头与对应区域的喷嘴所对应的电磁阀电性连接。

2.根据权利要求1所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，所述输送管的第二空腔包括多个冷却介质通孔和多个限流孔，任一所述限流孔的孔径小于所述冷却介质通孔的孔径；

多个限流孔与多个冷却介质通孔沿轴向交替设置且多个限流孔等间距分布在所述输送管的内部。

3.根据权利要求2所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，多个限流孔的孔径不同。

4.根据权利要求2或3所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，任一所述输送管对应所述限流孔的外壁上设有两个交叉对称分布的单向阀，所述单向阀的流向朝向所述限流孔；

两个单向阀分布在相邻的两组喷淋件之间。

5.根据权利要求2或3所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，任一组所述喷淋件包括至少两个且为偶数个数量的喷嘴，任一输送管通过三通管和两个连接管分别连接相邻的两个喷嘴。

6.根据权利要求5所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，所述电磁阀的输入端和对应的输送管的设有冷却介质通孔的部位相连接，所述电磁阀的输出端与三通管的输入端连接。

7.根据权利要求1所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，所述外筒与内筒间隔设置以使外筒的内壁与内筒的外壁之间形成有真空层。

8.根据权利要求7所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，所述外筒和内筒之间设有与所述探头数量对应的沿周向间隔分布的密封管，所述密封管内安装有所述探头及所述电磁阀与外接电源相通的线路。

9.根据权利要求1所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，所述冷却管道的外壁沿轴向间隔套设有若干固定环，任一所述固定环上沿周向间隔一体成型有若干支架且任一支架的另一端形成有与超导电缆的内壁相匹配的弧形部，任一支架通过其上的弧形部抵靠支撑在超导电缆的内壁上；

任一所述固定环的外壁上沿周向还设有若干卡接件，所述探头被一一对应卡固在卡接件内。

10.根据权利要求1所述的三相同轴式高温超导限流电缆，其特征在于，所述超导电缆由内向外依次设有骨架、超导带层、绝缘层和屏蔽层；

所述骨架的材质为不锈钢或锰铜材料，所述超导带层为第二代高温超导带材YBCO且超导带层螺旋绕制于骨架上，所述绝缘层为聚丙烯复合纤维纸，所述屏蔽层的材质为铜且其绕制在绝缘层上；

超导带层和绝缘层的数量分别为三层且同轴交替缠绕。

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